برترین کاربران هفتگی این مقاله

از ۱۳۹۷/۰۴/۰۲ تا ۱۳۹۷/۰۴/۰۸

هیچ کاربری در این بازه زمانی وجود ندارد

آمار مقاله
  • بازدید کل ۴,۸۵۲
  • بازدید این ماه ۳
  • بازدید امروز ۲
آمار آزمون مقاله
  • کل شرکت کنندگان ۷۵
  • قبول شدگان ۴۹
  • شرکت کنندگان یکتا ۴۱
  • میانگین درصد شرکت کنندگان ۶۳
واژه نامه فناوری نانو

نانو

nano

پيشوندي به معناي يک بيليونم يا (000،000،000،1/1). در متون فناوري‌نانو، معمولا براي مشخص کردن يک واحد اندازه‌گيري برابر با 10 به توان منفي 9 متر استفاده مي‌شود.

سطح مقاله

پیشرفته 1

کلمات کلیدی
امتیاز کاربران

کاربرد فناوری نانو در رنگرزی منسوجات – جلسه دوم

گسترش علم نانو و پیدایش مواد نانو در فرآیند رنگرزی سبب کاهش برخی از مشکلات شده است. در این مقاله به آثار استفاده از نانوساختارها مانند سایکلودکسترین، دندریمر، نانوذرات کیتوسان نانورس و نانوذرات فلزی اشاره شده و تأثیر پلاسما جهت ایجاد رنگرزی با سطح تماس بیشتر بیان خواهد شد.

1- سایکلودکسترین‏

در مورد ساختار شیمیایی و نحوه قرار دادن سایکلودکسترین­‌ها در مقالات سنتز نانوساختارها و نانوپوشش‏‌ها توضیح داده شده است. بتاسایکلودکسترین برای حذف انواع مختلف رنگزا از محلول‏‎های رنگرزی مورد استفاده قرار می‏‎گیرد. این پلیمرها از قابلیت جذب بالایی برای رنگزا برخوردارند. مکانیزم جذب رنگزا از طریق جذب فیزیکی و اتصالات هیدرژنی است که این امر به دلیل ساختار خاص این ترکیبات است [1]. در تحقیقی بتاسایکلودکسترین جهت اصلاح پنبه به کار رفت و بدین­ ترتیب جذب رنگزای مستقیم بهبود یافت. جذب رنگزای مستقیم بر روی پنبه از طریق اتصالات هیدروژنی است، بتاسایکلودکسترین سبب افزایش این اتصالات شد. این ترکیبات جذب فیزیکی این رنگزا را نیز بهبود می‌بخشند. رنگزای دیسپرس دارای حلالیت کمی در آب است، بنابراین در هنگام رنگرزی باید با استفاده از ترکیبات سطح فعال دیسپرس­ شود تا از تجمع آن جلوگیری شود، بدین ترتیب نفوذ و یکنواختی افزایش می­‎یابد. در تحقیقی پلی ­استر با استفاده از این ترکیبات اصلاح شد، که منجر به خواص مطلوب رنگرزی، بدون اضافه کردن سطح فعال­‎ها شد [2]. در اثر اصلاح منسوجات با استفاده از ترکیبات سایکلودکسترین و مشتقات آن، ثبات نوری و شستشویی بهبود یافت. همچنین می­‎توان با اضافه کردن این ترکیبات به پساب­‎های رنگرزی، رنگزا را جذب کرد و در نتیجه سبب افزایش قابلیت بازیابی پساب­‎ها شد [2].

 

2- دندریمر

اصلاح منسوجات با این ترکیبات می­‎تواند خواص رنگرزی را بهبود بخشد. رنگزا­های آلی به دلیل جذب نور، در معرض تخریب فتوشیمیایی هستند. از سوی دیگر تمایل به تجمع داشته که این امر موجب کاهش انتشار نور می­‎شود. با استفاده از روش­‎های گوناگون می­‎توان رنگزا­های آلی را در برابر عوامل بیرونی مانند نور، شستشو، اشعه فرابنفش و ... محافظت کرد. یکی از این روش­‎ها، محبوس­ کردن رنگزای آلی درون فضای خالی مولکول­‎های دندریمر است [3].

رنگرزی سلولز با رنگزای راکتیو نیازمند مقدار زیادی الکترولیت است، در­صورتی که از دندریمر­ها استفاده شود، میزان مصرف الکترولیت را به میزان زیادی کاهش خواهد داد. سطح سلولز، به دلیل  اکسیداسیون گروه‎های هیدروکسیل به گروه­­­های کربوکسیلیک در آب، دارای بار منفی است. این گروه­‎ها دارای بار منفی هستند که باعث دفع رنگزای آنیونیک (بار منفی) می­‌شود. این امر سبب رمق­کشی (جذب رنگ) کم و تثبیت نا­مناسب این مواد رنگزا بر روی سلولز می­‎شود؛ بنابراین رنگرزی مواد رنگزای آنیونیک بر روی سلولز نیازمند استفاده از مقداری الکترولیت نظیر NaCl یا Na2SO4 است. در صورتی که در محیط اسیدی از دندریمر با گروه انتهایی آمین استفاده شود، به دلیل بار مثبت دندریمر، سبب کاهش میزان الکترولیت و افزایش قدرت رنگی می‌شود (شکل 1)[4].

 

filereader.php?p1=main_2fe6766a6b2f487e0

شکل 1 - قدرت رنگی نمونه­‎های اصلاح‌نشده و اصلاح­ شده با دندریمر [4]

 

در تحقیق دیگری تأثیر اصلاح پارچه جوت با استفاده از دندریمر، بر روی ثبات­‎ها مورد بررسی قرار گرفت و ملاحظه شد که پس از اصلاح جوت با استفاده از دندریمر، ثبات نوری بهبود یافت. شکل 2 بهبود ثبات نوری را، به وسیله تغییر رنگ در طی زمان در برابر نور برای نمونه‎های اصلاح­ شده و اصلاح­ نشده، نشان می­‎دهد. بررسی ثبات شستشویی پارچه اصلاح شده با دندریمر نشان داد که در مقایسه با پارچه اصلاح­ نشده افزایش یافته است [5].

 

filereader.php?p1=main_4905abb61a5590581

شکل 2 - ثبات نوری الیاف اصلاح­ نشده و اصلاح‌شده با دندریمر [5]

 

پلی ‏پروپیلن یکی از پلیمرهای پرکاربرد است، از خصوصیات این پلیمر می‏‎توان به جذب آب تقریباً صفر آن اشاره کرد. جهت رنگرزی این الیاف می‏‌توان دندریمر را با الیاف پلی‏ پروپیلن مخلوط کرده و لیف پلی‏ پروپیلن تولید کرد. هنگامی که این الیاف در تماس با محلول رنگزا قرار می‏‌گیرند، ماده رنگزا با توجه به فرآیند اسید - باز درون لیف نفوذ می‏‌کند [6].

 

filereader.php?p1=main_779a15d45968fdb3d

شکل 3- رنگرزی پلی­ پروپیلن اصلاح‌شده [6]

 

3- نانوذرات کیتوسان

همان‎گونه که در جلسه قبل اشاره شد، کیتوسان یک پلی‏ ساکارید طبیعی از کیتین است که از پوست و استخوان سخت‎پوستان استخراج می‏‌شود. این پلیمر ماده‏‎ای ضدمیکروب، غیرسمی و زیست‌سازگار است. به دلیل ویژگی‏‌های خاص این مواد، دانشمندان تلاش زیادی برای استفاده از این مواد در منسوجات انجام داده‏‌اند [7]. تحقیقات زیادی در زمینه رنگرزی منسوجات به همراه کیتوسان انجام شده است. در روشی، از کیتوسان اصلاح­ شده با پلی ­متاکریلیک اسید، جهت افزایش جذب رنگزای کاتیونی استفاده  می‏‌شود که منجر به بهبود خواص رنگرزی الیاف می‏‌شود که جذب رنگزا توسط این ترکیبات حدود 2 برابر حالت عادی بود [8]. در اختراعی افزایش رنگ‎پذیری الیاف ریون بافته­ شده و اصلاح­ شده با کیتوسان ملاحظه  شد [9]. تحقیقات انجام شده در مقیاس میکرو بوده، ولی با پیدایش علم و فناوری نانو دانشمندان سعی کردند به بررسی خواص کیتوسان در مقیاس نانو بپردازند، که خوشبختانه به نتایج خوبی انجامید. پارچه پنبه‏‎ای  اصلاح شده با نانوذرات کیتوسان  باعث بهبود عمق رنگی می‏‎شود و با افزایش غلظت نانوذرات به شدت افزایش می­‎یابد.  نتایج در جدول 1 نشان داده شده است [10]. در تحقیقی دیگر به بررسی جذب رنگزای اسیدی بر روی نانوذرات کیتوسان پرداخته شد. با توجه به جدول 2 ملاحظه می­‌شود که جذب رنگزاهای اسیدی مختلف بر روی نانوذرات بیشتر از ذرات کیتوسان عادی است که به دلیل سطح جانبی بیشتر این ذرات است [11]. این ترکیبات از لحاظ تجاری دارای اهمیت بوده و اختراعات زیادی در این زمینه ثبت شده‏‎اند. به عنوان مثال، در اختراعی پارچه ابریشمی اصلاح شده با نانوذرات کیتوسان جذب رنگزای بیشتری نسبت به پارچه اصلاح­ نشده داشته‏‎اند [12].

 

جدول 1- عمق رنگی پارچه‏‎های اصلاح شده با کیتوسان و نانوکیتوسان با دو رنگزای ری‏‌اکتیو و اسیدی [10]

پارچه پنبه‏‌ای اصلاح شده

K/S رنگزای ری‎اکتیو

K/S رنگزای اسیدی

اصلاح نشده

0.7

0.93

با GPTMS

1.03

1.2

با کیتوسان (% 0.2) و GPTMS

1.3

2.07

با کیتوسان (% 0.5) و GPTMS

1.8

2.48

با کیتوسان (% 0.8) و GPTMS

2.11

3.6

با نانوکیتوسان (g 0.2) و GPTMS

2.32

2.55

با نانوکیتوسان (g 0.5) و GPTMS

2.5

3.78

با نانوکیتوسان (g 0.8) و GPTMS

3.43

4.41

 

جدول 2- ظرفیت جذب رنگزای اسیدی توسط ذرات و نانوذرات کیتوسان [11]

رنگزا

ظرفیت کیتوسان عادی (mmol.l-1)

ظرفیت نانوذرات کیتوسان (mmol.l-1)

AO10

1.54

1.77

AO12

2.66

4.33

AR18

1.11

1.37

AR73

1.25

2.13

 

4- پلاسما

مطالعات فراوانی مبین آن است که رنگ‏‎پذیری منسوجات به طور قابل توجهی با عملیات پلاسما بهبود می­‌یابد. بهبود رفتار رنگرزی  در الیاف طبیعی و مصنوعی با استفاه از عملیات پلاسما مشاهده شده است. این تأثیرات به دلیل افزایش مویینگی، سطح جانبی بیشتر، کاهش تبلور سطحی و پیدایش مکان‏‎های واکنش‏‌پذیر است.

همان‌گونه که در مقاله سنتز نانوساختارها اشاره شد، عملیات پلاسما منجر به ایجاد مکان‏‌های فعال در سطح الیاف می‏‌شود و بدین ترتیب سبب افزایش آب‌دوستی الیاف مصنوعی می‏‌شود. علاوه بر افزایش آب‌دوستی، جذب بیشتر رنگزا توسط الیاف نیز یکی از ویژگی‏‌های نهایی منسوجات عمل­‌آوری شده با پلاسمای سرد است. مطالعات بیان­گر آن است که استفاده از عملیات پلاسمای اکسیژن یا هوا باعث افزایش 60% عمق رنگ در الیاف پلی اتیلن ترفتالیت PET شده است. نتایج جالبی برای الیاف آرامید تحت پلاسمای آرگون به دست آمده است؛ گزارش شده است که شید رنگرزی به علت ایجاد نانوحفره‏‎ها، افزایش چشمگیری داشته است [13]. برای جذب رنگزای اسیدی و مستقیم توسط پلی استر، این الیاف با پلاسمای DBD اصلاح می‏‎شوند [14].  همچنین می‏‌توان از پلاسمای سرد نیتروژن  برای جذب رنگزای مستقیم بر روی منسوجات بی‏‌بافت پلی پروپیلن PP و پلی اتیلن ترفتالیت PET  استفاده کرد [15]. افزایش جذب رنگزا، به دلیل بهبود ساختار بلوری سطح، افزایش سطح جانبی، افزایش قطبیت و ایجاد نقاط واکنش‌‏پذیر است.

محققان برای افزایش رنگ‏‌پذیری الیاف سلولزی با عملیت پلاسما، گروه‏‌های کاتیونی روی سطح الیاف ایجاد کرده و پتانسیل سطح را در آب کاهش داده‏‎اند. این کار با استفاده از محیط پلاسمای آمونیاک یا سایر مواد آمین‏‌دار مانند اتیلن دی‏آمین (EDA) یا تری اتیلن آمین (EDTA) انجام شده است. پلاسمای هوا یا نیتروژن، اثر قابل توجهی بر رنگرزی پشم با استفاده از رنگزای اسیدی داشته است. بهبود سرعت جذب، افزایش نفوذ رنگزا و عمق رنگرزی از ویژگی‏‌های پلاسمای سرد بر الیاف پشم است. این امر به دلیل ایجاد گروه‏‎های آمین بیشتر در سطح منسوجات پشمی است. افزایش عمق رنگی (بیشتر از 30%) پارچه ابریشمی عملیات شده با پلاسمای نیتروژن گزارش شده است [13-16].

 

جدول 3- مقایسه روش پلاسما با روش‏‌های عادی [13]

 

پلاسما

روش عادی

حلال

خشک

آب (یا حلال‏‌های آلی)

مواد شیمیایی

گاز در حد بسیار ناچیز

مواد شیمیایی زیاد

نوع واکنش

پیچیده

ساده

مصرف انرژی

برای روش‌‏های اتمسفریک بسیار کم و برای روش خلأ کمی بیشتر

بسیار زیاد

دما

دمای محیط

دمای بالا

نوع عملیات

اصلاح سطح (nm 20-10)

هم سطح و هم سایر نقاط ماده دچار واکنش می‏‌شوند

نوع ماده

از دستگاه یکسان برای بیشتر مواد می‏‎توان استفاده کرد

نیار به دستگاه‏‎های مختلف برای مواد مختلف

هزینه

برای روش‏‎های اتمسفریک بسیار کم است

بستگی به نوع عملیات دارد

هزینه تصفیه پساب

ندارد

بسیار زیاد

 

5- نانوذرات رس

با توجه به مطالب گفته­ شده در جلسه قبل، نانو­ذرات رس به طور معمول دارای ساختار سیلیکات آلومینیوم آبدار بوده و دارای ساختار لایه­‎ای هستند، این ذرات ابعاد کوچکی دارند. در تحقیقی به بررسی رفتار رنگرزی الیاف پلی­ آمید 6 اصلاح­ شده با استفاده از نانوذرات رس پرداخته شده است. در این تحقیق الیاف پلی آمید/رس از طریق ذوب­‌ریسی تهیه و پس از آن تحت عملیات رنگرزی با رنگزای دیسپرس و اسیدی قرار گرفتند. رفتار رنگرزی الیاف بستگی به ساختمان شیمیایی و فیزیکی آن‎­ها دارد. ساختار الیاف باید به گونه­‎ای باشد که به آب و مواد رنگزا دسترسی داشته باشند. مولکول­‎های رنگزا در مناطق غیربلوری نفوذ می­‎کنند. مطالعات صورت­ گرفته نشان داد که ترکیب­ کردن نانوذرات رس و پلی­ آمید سبب کاهش میزان مناطق بلوری می‌شود؛ بنابراین جذب رنگزای دیسپرس بهبود می‌یابد. حضور نانوذرات رس سبب اشغال گروه­‎های آمین پلیمر شده و بدین ترتیب جذب رنگزای اسیدی و کمپلکس فلزی 1:2 (متال کمپلکس) کاهش یافت [17]. در تحقیق دیگری از این ترکیبات جهت رنگرزی الیاف پلی­ پروپیلن استفاده شد. بدین­ منظور نانوکامپوزیت پلی­ پروپیلن/رس از طریق ذوب‎ریسی به الیاف تبدیل شده و با رنگزای اسیدی و دیسپرس رنگرزی شد. با توجه به تصاویر میکروسکوپ الکترونی عبوری TEM مخلوط یکنواختی از نانوذرات رس درون پلیمر ملاحظه شد. پس از اصلاح پلی پروپیلن به دلیل افزایش مکان­‎های باردار، جذب رنگزای اسیدی بر روی پلی­ پروپیلن افزایش یافت. در این راستا، جذب رنگزای دیسپرس نتایج بهتری نشان داد. نانوذرات رس به دلیل سطح تماس زیاد، دارای جذب بالایی است. این ترکیبات امکان ایجاد اتصالات واندروالس زیادی را فراهم می­‎کنند و بنابراین اصلاح منسوجات با استفاده از نانوذرات رس سبب افزایش جذب رنگزای دیسپرس شد. برای ترکیبات اصلاح­ شده با استفاده از این ترکیبات ثبات شستشویی مناسبی ملاحظه شد [18].

 

6- نانوذرات فلزی

از دیگر ترکیبات جهت اصلاح رفتار رنگرزی الیاف، نانوذرات فلزی است. یکی از پرکاربردترین نانوذرات فلزی، نانوذرات نقره است. در تحقیقی به منظور بهبود جذب رنگزای راکتیو بر روی پنبه از نانوذرات نقره استفاده شد. بدین منظور نانوذرات نقره و رنگزای راکتیو در یک حمام به کار­برده شدند. اندازه­‎گیری­‎های اختلاف رنگ، اختلاف فاحشی بین نمونه اصلاح­ شده و اصلاح­ نشده نشان دادند [19]. در تحقیقی دیگر کالای پلی­ آمیدی (PA6) اصلاح­ شده از طریق نانوذرات نقره با استفاده از رنگزای راکتیو رنگرزی شد. رنگرزی در حضور و عدم حضور نانوذرات نقره صورت گرفت. اندازه­‎گیری رنگ، اختلاف کمی را برای نمونه­‎های اصلاح­ شده و اصلاح­ نشده نشان داد. اندازه­‎گیری ثبات شستشویی نمونه­‎ها پس از اولین شستشو، افزایش ثبات شستشویی را نشان­ داد [20]. در تحقیق دیگری اثر رنگی نانوذرات مس بر روی پارچه پنبه­‎ای بررسی شد. بدین منظور پس از سنتز درجای مس بر روی پنبه سفیدگری­ شده، رنگ اندازه­‎گیری شد. اندازه­‎گیری رنگ، تغییر در مؤلفه­‎های رنگ را نشان داد. این امر به دلیل شکل­‎گیری نانوذرات مس  بر روی پارچه است. در شکل 4 نمونه­‎های اصلاح­ شده و اصلاح­ نشده نشان داده شده است [21].

 

filereader.php?p1=main_8a1b491062690963b

شکل 4- نمونه اصلاح­ شده و اصلاح­ نشده با استفاده از نانو­ذرات مس [21]

 

7- نتیجه­‎گیری

در این مقاله استفاده از نانوساختار­های مختلف، جهت رنگرزی منسوجات متنوع بررسی ­شد. استفاده از نانوساختارهای مختلف همچون دندریمرها، سیکلودکسترین­‎ها، نانوذرات فلزی، کیتوسان و نانورس سبب بهبود رفتار رنگرزی منسوجات مختلف شد. از جمله خواص ایجاد شده در رنگرزی با استفاده از این ترکیبات می‌توان به بهبود جذب رنگزا، تغییر ثبات­‌های رنگزا بر روی کالا مانند ثبات شستشویی و نوری و افزایش عمق رنگرزی اشاره کرد. در تحقیقات فراوانی با استفاده از فناوری پلاسما از طریق افزایش سطح و گروه­‎های قطبی قابلیت رنگرزی منسوجات افزایش یافت.  

 

منابـــع و مراجــــع

1.Crini, G., "Studies on adsorption of dyes on beta-cyclodextrin polymer.", Bioresource technology, vol.90, p.p.193-198, (2003).

2.Szejtli, J., "Cyclodextrins in the textile industry.", Starch‐Stärke, vol.55, p.p. 191-196, (2003).

3.Froehling, Peter E. "Dendrimers and dyes—a review.", Dyes and Pigments, vol.48, p.p. 187-195, (2001).

4.Saptarshi, M., Adivarekar, R. V.; “Dendrimers - An Auxilliary in Dyeing”, Journal of the textile association, 2003.

5. Zolriasatein, A. A., Yazdanshenas, M. E., Khajavi, R., & Rashidi, A., “The application of poly(amidoamine) dendrimer for modification of jute yarns: Preparation and dyeing properties“, Journal of Saudi Chemical Society ,2012.

6.Froehling, Peter E., "Dendrimers and dyes—a review.", Dyes and Pigments, vol.48, p.p. 187-195, (2001).

7.Gowri, S., Almeida, L., Amorim, T., Carneiro, N., Souto, A. P., Esteves, M. F. "Polymer nanocomposites for multifunctional finishing of textiles-a review." Textile Research Journal, vol.80, p.p.1290-1306,(2010).

8.Xing, Yun, Xiaomei Sun, Buhai Li. "Poly (methacrylic acid)‐modified chitosan for enhancement adsorption of water‐soluble cationic dyes." Polymer Engineering & Science, vol.49, p.p. 272-280, (2009).

9. Chiu, M. H., Hong, M. S., Chiu, C. M., & Hung, T. C., U.S. Patent, US20140034181 A1, 2012-02-06.

10.Hebeish, Ali, S. Sharaf, and A. Farouk. "Utilization of chitosan nanoparticles as a green finish in multifunctionalization of cotton textile." International journal of biological macromolecules, vol.60, p.p. 10-17, (2013).

11.Cheung, W. H., Y. S. Szeto, and G. McKay. "Enhancing the adsorption capacities of acid dyes by chitosan nano particles." Bioresource technology, vol.100, p.p.1143-1148, (2009).

12.https://www.google.com/patents/CN102677465B?cl=en

13.Shishoo, Roshan, “Plasma technologies for textiles”, USA, Elsevier, (2007).